Способ плазмохимической обработки полупроводниковых пластин

 

СПОСОБ Ш1АЗМОХИМИЧБСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, включающий откачку реакционного объема , загрузку рабочих пластин через шлюзовое устройство, напуск реакционных газов, возбуждение ВЧ-разряда, обработку поверхности пластин газоразрядной плазмой, отличающийся тем, что,,с целью повышения производительности обработки и повьшения надежности работы оборудования , после Напуска реакционных газов на выходе из реакционного объема в насос подают газ-разбавитель и устанавливают рабочее давление 6,7-133 Па, а ВЧ-разряд возбузкдают с задержкой, определяемой по формуле: V Р t К где t- время задержки; К- коэффициент. Р- рабочее давление; Q- расход реакционных газов; (Л Ррно1м альное атмосферное давление; V- объем реактора.

COIO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

yg 4 Н 01 L 21/306

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV. СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ » 0%31 -::.

V P

= К р где t

Q о

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3518203/18-25 (22) 20 ° 10.82 (46) 07.04 88. Бюл. к 13 (72) В.А.Сологуб, В.М.Долгополов, В.И.Иванов, О.П.Гущин, Ш.А.Хоббихо-. жин и А.П.Медведев (53) 621.362 (088. 8) (56) Проспект фирмы LFE(CHIA)PFS/PDE/

PDS-1002. Проспект фирмы LFE ° SST, 1977, Н 9, р.51.

Проспект фирмы Branson/IPC«SST, 1981, В 6, р. 80. (54) (57) СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН вклочающий откачку реакционного объема, загрузку рабочих пластин через шлюзовое устройство, напуск реакционных газов, возбуждение ВЧ-разряда, обработку поверхности пластин газо„„SU,„, 1088589 А раэряднои плазмой, о т л и ч а юшийся тем, что,,с целью повышения производительности обработки и повышения надежности работы оборудования, после напуска реакционных газов на выходе из реакционного объема в насос подают газ-разбавитель и устанавливают рабочее давление

6,7-133 Па, а ВЧ-разряд возбуждают с задержкой, определяемой по формуле:. — время задержки; — коэффициент 1(Кс5- рабочее давление — расход реакционных газов;

- нормальное атмосферное давление; — объем реактора.

1088589 "

30

Недостатком известного способа является низкая производительность и невысокая надежность при технической реализации. Низкая производительность связана с большей инерцион" 45 ностью системы подцержания и регулирования давления, особенно при не.больших расходах плазмообразующей смеси и проведении многостадийной обработки пластин, Инерционность системы увеличивается с осаждением продуктов плазмохимических реакций на вращающихся и трущихся поверхностях дроссельной заслонки и станках трубопровода. Это приводит к изменению качества вакуумных уплотнений в системе и появлению дополнительных сил трения, что уменьшает точность. и скорость выхода давления

Изобретение относится к технологии изготовления интегральных схем, конкретно к способам формирования рисунк а н а по в ерхн ос ти полупро воднико вых пластин, и может быть использовано в электронной технике для разработки технологических процессов создания интегральных микросхем повышенной степени интеграции (БИС, СВИС). 10

Известен способ плазмохимической обработки полупроводниковых пластин, заключающийся в загрузке пластин, откачке реактора до остаточного давления, напуске реакционных газов со стабилизацией их расхода, возбуждении ВЧ разряда и стабилизации уровня ВЧ мощности, и проведении процесса обработки в течение заданного времени.

Недостатком известного способа 20 является неконтролируемые изменения рабочего давления в реакторе в ходе

ПХМ эа счет протекания физико-химических процессов и изменения скорости откачки насоса, что приводит к не- 25 воспроизводимости результатов плазмохимической обработки и, следовательно, большому разбросу параметров приборов, а также снижению выхода годных. Кроме того, данный способ имеет недостаточуню надежность.

Наиболее близким техническим решением является способ плазмохимической обработки .полупроводниковых пластин, включающий откачку реакционного объема, загрузку рабочих пластин через шлюзовое устройство, напуск реакционных газов, возбуждение В 4 раз-. ряда и обработку поверхности пластин газоразрядной плазмой.

40 на заданный рабочий уровень. При проведении многостадийных технологических процессов, наиболее перспективных при создании ИС повышенной сте1 пени интеграции, производительность плазмохимической обработки с использованием известного способа уменьшается.в несколько раз.

Недостаточная надежность бборудования при реализации данного способа связана с воздействием продуктов реакции плаэмохнмического процесса на рабочие среды (масла) вакуумных насосов. Основной причиной:.выхода из строя вакуумных насосов является

"осмоление" масел, т.е. потеря ими жидкостных свойств, превращение их в консистенцию с малой текучестью.

В 60-70 случаев плазмохимическое оборудование. выходит из строя, именно по этой причине. Кроме того, под воздействием химически активных компонентов откачиваемых газов происходит коррозия и разрушение внутренних поверхностей вакуумных насосов и загрязнение масла продуктами такого разрушения. Обычно откачные средст"

1 ва (механические, диффузионные насосы) не обеспечиваются системами очистки масла от подобных загрязнений, а потому их ресурс работы в условиях проведения плазмохимических процессов не превышает 200 ч.

Целью настоящего изобретения является повышение производительности обработки и повышение надежности работы оборудования.

Поставленная цель достигается тем, что в способе плазмохнмической обработки полупроводциковых пластин, включающем откачку реакционного объема, загрузку рабочих пластин через шлюзовое устройство, напуск реакционных газов, возбуждение В 4 разряда и обработку поверхности пластин газоразрядной плазмой, после напуска реакционных газов, на выходе их реакционного объема в насос подают газ-разбавитель и устанавливают рабочее давление 6,7-133 Па, а В 4 разряд возбуждают с задержкой, определяют

V" Р по формуле: t = К, где t.Ч Р время задержки, сек; К вЂ” коэффициент

1 а К<5; P — рабочее давление, торр;

Q — расход реакционных газов, л/с;

P — нормальное атмосферное давление, торр V — объем реактора, л.

88589

10 з 10

Способ плазмохимической обработки полупроводниковых пластин заключается в том, что после подачи реакционных газов в реактор на выходе из реактора в насос подают газ-разбави" тель, например, азот или аргон, и путем изменения его расхода устанавливают рабоее давление в диапазоне

6,7-133 Па. После этого через время

t так как происходит значительное разбавление ()5Х) рабочей смеси в реакторе. Это приводит к тому, что в некоторых технологических процессах, при использовании в качестве балластного газа — азота при его содержании в плазмообразующей смеси )5Х происходит дополнительная деструкция фоторезистивной маски энергией, выделяемой при дезактивации возбужденных моV" P

t=К вЂ” — ——

0 ° Р где К - коэффициент (1сК 5); Ч объем реактора, л; Q — - расход газа, л/с; Р— рабочее давление, торр;

P, — нормальное атмосферное давление, возбуждают ВЧ разряд и проводят процесс плазмохимической обработки.

Подача газа-разбавителя на выходе

Hs реактора позволяет снизить концентрацию химически активных веществ в откачиваемом насосом потоке газа и.тем самым увеличить время использования насоса, т.е. повысить его . надежность.

Установление рабочего давления " в данном способе путем подачи газа,разбавителя и изменения его расхода происходит в несколько раз быстрее

sa счет отсутствия механических приводов и необходимости управления по1 ложением дроссельной заслонки в ходе плазмохимической обработки пластин.

Задержка включения ВЧ-генератора после подачи газа-разбавителя на выходе из реактора связана с установлением стационарного значения концентрации газа-разбавителя в плазмообразующей смеси реактора. При этом, как было установлено экспериментально, значение коэффициента в формуле (1) находится в диапазоне 1сКа5, где нижняя граница определяет среднее время пребывания частиц в реакторе, а верхняя учитывает особенности откачки плазмохимических реакторов вакуумными насосами. Установлено, что при использовании в качестве газа-разбавителя азота, значение К составляет около 4. Кроме того, как было установлено экспериментально, при установлении рабочего давления с помощью газа разбавителя в диапазоне более 133 Па, обратный поток молекул этого газа счет процесса диффузии становится неприемлемым, 15 лекул азота на поверхности фоторезиста. При содержании же аргона в плазмообразующей смеси более 5Х происходит нежелательная деструкция фоторезистивной маски за счет бомбардировки ионами аргона. Нижняя граница рабочего давления определяется областью работы механического вакуумgp ного насоса, и равно 6,7 Па.

Пример. В откаченный до остаточного давления реактор загружают через шлюзовое. устройство партию рабочих пластин для проведения процес25 са плазмохимического удаления нитрида кремния до SiO в изопланарной технологии после операции глубокого окисления. На поверхности нитрида кремния присутствует слой оксинитрида, Это предъявляет противоречивые требования к проведению технологического процесса. С .одной стороны, процесс должен быть селективным по отношению к SiOz, а с другой, при <выполнении первого условия, трудно будет удалить

35 слой оксинитрида с поверхности. $д М,.

Поэтому наиболее оптимальной будет двухстадийная обработка, а процесс желательно проводить в установках с

4О микропроцессорной системой управления технологическим процессом, например

08ПХ0-100Т-006, обеспечивающих организацию многостадийных технологических процессов.

45 В этом случае, после загрузки . пластин в реактор, подают реакцион« ные газы $Р, 0 с суммарным расходом

6 л/час и путем подачи газа-разбавителя N на выходе из реактора в механический насос устанавливают рабочее давление 30 Па. Контроль проводит 3BN путем выдачи уставок на блок регулирования расхода газа-разбавителя и сравнения показаний датчика давления

55 с заданным значением. Через время t

° p равное 40 с, рассчитанное по формуле а

t = К вЂ” — — —, где объем реактора о равен 40 л, а К =- 4, зажигается ВЧ1088589

Ресурс работы уста-. новки до замены масг Среднее время работы дроссельной заслон ки до разборки и чистки, ч

Среднее. время работы насоса до ремонта, ч ла в насосе типа ВИМ-18

Г, ч

6-1 2

Базовый способ 200

Предложенный способ

)350

Со ст авите ль

Редактор Н.Сильнягина Техред М.Дидык Корректор В. Бутяга, Тираж 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3368

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 разряд, устанавливается мощность, равная 2 кВт и в течение 30 с проводят удаление оксинитрида кремния.

После этого выключают ВЧ".генератор, и с помощью увеличения расхода балластного. газа устанавливают рабочее давление 90 Па, после чего через время, равное 25-30 с,зажигают ВЧ-разряд и устанавливают мощность 1 кВт.

В результате увеличения рабочего давления и уменьшения ВЧ-мощности скорость травления чистого Бд М изменяется незначительно и равна

2000 K/ìèí, а скорость травления

SiO значительно. уменьшается (до

2 а величины 300 A/ìèí), что позволяет провести процесс до конца беэ существенного подтрава окисла кремния.

Как правило, заключительная стадия проводится в течение 40-50 с. По окончании процесса обработки через шлюзовое устройство производят выг. рузку обработанных пластин и загрузку новых. При этом общая продолжительность плазмохимической обработки составила около 170 с.

Данный технологический процесс был сопоставлен с базовым, и приведенным в качестве прототипа. За ба5 зовый объект был выбран существующий технологический процесс удаления слоя оксинитрида, при организации которого регулирование рабочего давления ocyt. ществлялось путем управления положе1р ния дроссельной заслонкой.

Достижение стационарного давления в базовом способе происходило через

400 с, что в 2,5-3 раза больше, чем в данном способе.

15 Для сравнения прототипа (базового объекта) с предложенным способом в таблице приведены сравнительные результаты по надежности используемых способов в промышленном производстве

20 на операции плазмохимического травления алюминиевой метаплизации.

Таким образом, данный способ плазмохимической обработки полупроводниковых пластин позволит существенно

25 повысить производительность процесса плаэмохимической обработки и.<надежность технологического оборудования.